Unidad Acadmica Profesional Tianguistenco U A CIRCUITOS ELCTRICOS

Unidad Académica Profesional Tianguistenco U. A. CIRCUITOS ELÉCTRICOS CLASE 1 DE INDUCCIÓN Autor: Dr. Carlos Juárez Toledo Octubre 2016

MAPA CURRICULAR

Circuitos Eléctricos HT 2 HP 2 TH 4 CR 6 TIPO DE UA Seminario Taller Prerrequisitos (Conocimientos previos): Cálculo, Geometría Analítica, Programación, Ecuaciones Diferenciales, Herramientas computaciones y Electricidad y Magnetismo.

OBJETIVOS El alumno aplicará las leyes básicas y técnicas para el análisis de circuitos eléctricos en la solución de problemas. (Cita de Programa educativo del IPI-2008 UAEMex) NATURALEZA DE LA COMPETENCIA La unidad de aprendizaje es Teórica Práctica, debido a que es necesario conocer los principios y leyes fundamentales de la teoría de circuitos eléctricos en corriente directa y alterna clasificando la teoría del estado senoidal en el dominio de la frecuencia usando el ángulo de impedancia y triángulo de la potencia compleja para poder aplicarlos de forma correcta en el laboratorio

• CONTENIDOS (temas)… Unidad 1. CIRCUITOS DE CORRIENTE DIRECTA 1. 1. Elementos en arreglo serie y paralelo (P. 1) 1. 2. Ley de Kirchoff de voltaje (P. 2) 1. 2. Ley de Kirchoff de corriente 1. 3. Teorema de linealidad y superposición 1. 4. Teorema de Thévenin y Norton 1. 5. Teorema de la máxima transferencia de potencia Unidad 2. TRANSITORIOS EN LOS CIRCUITOS 2. 1. Respuesta natural de los circuitos RL y RC 2. 2 Equivalentes RC y RL 2. 3. Circuitos RL y RC con fuentes 2. 4. CIRCUITOS RLC Unidad 3. CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA 3. 1 Voltaje y corriente sinusoidal 3. 2 Respuesta de los elementos R, L y C a la corriente sinusoidal 3. 3 Respuesta de circuito RL y RC a la corriente sinusoidal 3. 4 Fasores

• CONTENIDOS (temas) Unidad 4. ESTADO SENOIDAL EN EL DOMINIO DE LA FRECUENCIA 4. 1 Impedancia 4. 2 Admitancia 4. 3 ángulo de impedancia 4. 4 Potencia senoidal 4. 5 Triangulo de potencia compleja 4. 5 Mejoramiento del factor de potencia Unidad 5. SISTEMAS POLIFÁSICOS 5. 1 Voltajes trifásicos 5. 2 sistemas en estrella y Delta 5. 3 Cargas balanceadas conectadas en estrella (P. 6) 5. 4 Cargas balanceadas conectadas en delta

Prácticas de laboratorio Pract Primer Parcial Unidad 1 Conexión serie y paralelo 2 Ley de corriente y voltaje de Kirchoff 3 Divisor de voltaje Laboratorio 4 Divisor de voltaje Simulink Pract Segundo Parcial 1 Circuito RL con diferentes tipos de fuentes Matlab (dsolve) 2 Circuito RL con diferentes tipos de fuentes Simulink 3 Circuito RLC con diferentes tipos de fuentes Matlab (ode) 4 Circuito RLC con diferentes tipos de fuentes Simulink Laboratorio Simulink Unidad Por lo peligroso que resulta la manipulación de la corriente alterna no se siguiere que se realicen prácticas de laboratorio de las unidades III, IV y VI. Para realizar las practicas en el laboratorio es necesario contar con los siguientes elementos -Pizarrón, documento impreso (Manual de prácticas de laboratorio), Calculadora, voltímetro, Resistencias de diferentes valores

Evaluación Laboratorio Primer y segundo Parcial (4 Prácticas) Asistencia, Desempeño, Resultados y Bitácora 50 Nota: Cada inasistencia al laboratorio se descontará un punto Cada retardo al laboratorio se descontará medio punto (tolerancia 15 minutos) Ambos de la calificación del laboratorio Ordinario Promedio del laboratorio (primer y segundo parcial) Examen escrito y práctico Título 50 Extraordinario 50 50 50

Conceptos Preliminares • Unidades de medida de SI • Unidades básicas o de base (fundamentales) es una cantidad estandarizada de una determinada magnitud física, toma su valor a partir de un patrón o. • Unidades derivadas es determinada a partir de una composición de otras unidades fundamentales.

Magnitudes Básicas Magnitud física que se toma como fundamental Unidad básica o fundamental Símbolo Longitud ( L ) metro m Masa ( M ) kilogramo kg Tiempo ( t ) segundo s Intensidad de corriente eléctrica ( I ) amperio A- amp Temperatura ( T ) kelvin K Cantidad de sustancia ( N ) mol Intensidad luminosa ( Iv ) candela cd

Magnitudes Eléctricas MAGNITUD UNIDAD SÍMBOLO CARGA Coulomb C TENSIÓN Volt V (Voltaje) INTENSIDAD Amper A (Corriente) RESISTENCIA Ohm Ω POTENCIA Watt W ENERGÍA Watt por hora wxh FÓRMULA V=Ix. R I = V/R R = V/I P=Vx I E=Pxt

Conceptos básicos… Tensión o Voltaje La Tensión es la diferencial de potencial entre dos puntos y se mide en Volts. En un enchufe hay tensión (diferencia de potencial entre sus dos puntos) pero no hay corriente. Solo cuando conectemos un circuito al enchufe empezará a circular corriente (electrones). Ha mayor tensión entre dos polos mayor cantidad de electrones y con mas velocidad pasaran de un polo al otro. Corriente eléctrica Es la cantidad de electrones que pasan por un punto en un segundo, La unidad básica es el ampere, se define como

Conceptos básicos… Resistencia Eléctrica • Cuando los electrones en movimiento se encuentran con un receptor (por ejemplo una lámpara) la lámpara ofrece una resistencia. Se llama resistencia a la dificultad que se ofrece al paso de la corriente. Todos los elementos de un circuito tienen resistencia, excepto los conductores que se considera caso cero. Se mide en Ohmios (Ω). La resistencia se representa con la letra R. Potencia eléctrica Es la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. Para corriente continua (CC) la potencia eléctrica desarrollada por un dispositivo de dos terminales, es el producto de la diferencia de potencial entre dichos terminales y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Si la resistencia del dispositivo es conocida, la potencia también puede calcularse como

Conceptos básicos… Energía Eléctrica La energía eléctrica es la potencia por unidad de tiempo Su unidad es el w x h (watts por hora) pero suele usarse un múltiplo que es el Kw x h (Kilowatts por hora) La energía eléctrica depende de dos cosas, la potencia del receptor y del tiempo que este conectado. Como

Resistencia Eléctrica La resistencia eléctrica es la oposición que presenta un objeto al flujo de electrones (corriente eléctrica). La resistencia eléctrica es un elemento pasivo al igual que el capacitor o la bobina. La resistencia se mide con el óhmetro y esta representado por la letra W (omega) Resistencia eléctrica con termostato

Resistencias fijas Existen tres tipos • De conglomerado: comúnmente utilizado de carbón el cual se comprime para darle una forma cilíndrica y se pasa por el horno • De película : existen de carbón y de película metálica, consiste en depositar una capa fina de película sobre un cerámico, realizar surcos en forma de espiral y aumentar la resistencia • Resistores Bobinados: consiste en devanar un hilo sobre un material resistente a la temperatura (regularmente cerámico) En las tres resistencias se colocan las terminales y se pinta el valor óhmico.

Resistencias variables Potenciómetro Reóstato Terminal 1 Terminal 2 Terminal central Son resistencias cuyo valor óhmico pueden variar dentro de unos márgenes Potenciómetro es un resistor con tres terminales, el cual se comporta como un divisor de tensión Reóstato comúnmente solo tiene dos terminales o comportándose como una resistencia variable comúnmente varia de 0 W al valor nominal del fabricante Un potenciómetro puede trabajar como un reóstato solo bastara unir la terminal central con un extremo

Resistencias Especiales to V Fotorresistencias Este tipo de resistencia varia su valor óhmico según la cantidad de luz que incide sobre ella. Muy utilizado en sistemas de control y automatización donde es necesario tener presente la cantidad de luz existente. Termistores Estas resistencias varían en función de la temperatura a la que se encuentre sometido Varistores Son resistencias que dependen de la tensión a la estén conectados Comúnmente se utilizan en sistemas de estabilización de tensión como protección rápida ante un sobre voltaje

Código de colores Una de las formas de conocer el valor óhmico de una resistencia es mediante el sistema de código de colores donde cada color y posición representan un número Color Código de colores de cuatro bandas 1ª banda 2ª banda 3ª banda 4ª banda Negro Marrón Rojo Naranja 0 1 2 3 1 10 100 1 000 1% 2% - Amarillo 4 4 10 000 - Verde Azul Violeta Gris Blanco 5 6 7 8 9 100 000 10 000 - - Oro Plata Ninguno - - 0, 1 0, 001 - 5% 10% 20% Debido al espacio limitado en el resistor se opto por un método de identificación mediante franjas de colores

Ejemplos de código de colores Dadas las siguientes resistencias con las siguientes franjas encuentre los valores de las resistencias Café, Negro, Rojo y Oro 1 0 00 5% Valor de la resistencia 1000 W con una tolerancia del 5% 1 k W ± 5% Rojo, Rojo y Oro 2 2 00 5% Valor de la resistencia 2200 W con una tolerancia del 5% 2. 2 k W ± 5% Naranja, Rojo y Oro 3 3 00 5% Valor de la resistencia 3300 W con una tolerancia del 5% 3. 3 k W ± 5% Amarillo, Violeta, Rojo y Oro 4 7 00 5% Valor de la resistencia 4700 W con una tolerancia del 5% 4. 7 k W ± 5%

Resistencias comerciales La siguiente tabla muestra una lista de las resistencias comerciales de 1 W a 10 W Valor en ohms Carbón al 5% ¼ w ½ w 1 w 1 x x x 1. 2 x x 1. 5 x x 1. 8 x x x x x 2. 2 x 2. 7 3. 3 x 3. 9 4. 7 x x x 5. 6 x x x 6. 8 x x x x 8. 2 10 x Alambre al 10% película metálica 1% 2 w 5 w 10 w 25 w ¼w x x x x

Resistencias comerciales Las demás resistencias comerciales se obtienen al multiplicar por 10, 1000, 10 000 y 100 000 R X 10 x 100 X 10 000 X 100 000 1 10 100 1 K 100 k 1 M 1. 2 12 120 1. 2 k 120 k 1. 2 M 1. 5 15 150 1. 5 k 150 k 1. 5 M 1. 8 18 180 1. 8 k 180 k 1. 8 M 2. 2 22 220 2. 2 k 220 k 2. 2 M 2. 7 27 270 2. 7 k 270 k 2. 7 M 3. 3 33 330 3. 3 k 330 k 3. 3 M 3. 9 39 390 3. 9 k 390 k 3. 9 M 4. 7 47 470 4. 7 k 470 k 4. 7 M 5. 6 56 560 5. 6 k 560 k 5. 6 M 6. 8 68 680 6. 8 k 680 k 6. 8 M 8. 2 82 820 8. 2 k 820 k 8. 2 M 10 1000 10 k 1 M 10 M

Efectos de la temperatura en una Resistencia Uno de los efectos que se produce en una resistencia cuando aumenta su temperatura es que también aumenta su valor resistivo. El material del que se encuentra fabricado el resistor es fundamental para saber como aumenta el valor de la resistencia con la temperatura Rf=valor resistivo de la resistencia al calentarse W Ro=valor resistivo de la resistencia antes de calentarse W a=coeficiente de temperatura 1/o. C Tf=temperatura final que alcanza el resistor en o. C To=temperatura inicial en o. C

Multímetro (Voltaje, Amperímetro, Resistencia) 24

Amperímetro • Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico • Pasos para medir la corriente entre a y b 1 Abrir el circuito 2 Seleccionar la escala más alta 3 Conectar el amp. en SERIE 4 Regular la escala 25

Voltímetro • Este instrumento, que mide el voltaje eléctrico, se ha de situar en paralelo en el circuito, debido a su elevada resistencia. • Pasos para medir el voltaje 1. No es necesario abrir el circuito 2 Seleccionar la escala más alta 3 Conectar el Voltimetro en Paralelo 4 Regular la escala 26

Como NO conectar un Amperímetro 27

Uso del Protoboard: • Las placas protoboard se utilizan en Electrónica para ensayar circuitos en la fase de diseño, antes de construirlos de forma definitiva. Nos permite detectar errores de diseño, probar diferentes componentes, etc • La placa está constituida por una matriz de agujeritos donde se pueden insertar por simple presión. 28

Uso del Protoboard Los nodos internos lo conforman 5 agujeritos conectado entre si y correspondiente a la siguiente seriación: Nodo 1 (A 1, B 1, C 1, D 1, E 1), Nodo 2 (A 2, B 2, C 2, D 2, E 2), Nodo 3 (A 3, B 3, C 3, D 3, E 3) 29

Conexión paralelo • Conexión en el protoboard: A continuación se muestra la conexión serie y paralelo en • un diagrama eléctrico con su correspondiente conexión en protoboard 30

Conexión serie 31

Color Negro Marrón Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Violeta Gris Blanco Oro Plata Ninguno Código de colores de cuatro bandas 1ª banda 2ª banda 3ª banda 0 0 1 10 2 2 100 3 3 1 000 4 4 10 000 5 5 100 000 6 6 1 000 7 7 10 000 8 8 9 9 0, 1 0, 001 - 4ª banda 1% 2% 5% 10% 20% Ejemplo del código de colores Dada la siguiente resistencia con franjas Café, Negro, Rojo y Oro respectivamente el código de colores se representa el valor de la resistencia de la siguiente forma Ejemplo: Café Negro Rojo Oro 1 0 00 5% Resistecia= 1 0 00 W con una tolerancia del 5% = 1 k W ± 5% 32

Terminar la siguiente tabla 33

BIBLIOGRAFIA • • • Richard C. Dorf, James A. Svoboda, Circuitos eléctricos, México Alfaomega, c 2011, ISBN: 9786077072324 James W. Nilsson, Susan A. Riedel, Circuitos eléctricos , Madrid Pearson Educación, 2005, ISBN: 9788420544588. Mahmood Nahvi, Joseph A. Edminister, Circuitos eléctricos y electrónicos, Madrid Mc. Graw-Hill, c 2005, ISBN: 8448145437. Básica • 1. William H. Hayt, Jr and Jack E. Kemmerly “Análisis de circuitos en Ingeniería “ Mc. Graw-Hill, 2003 • 2. James W. Nilsson and Susan A. Riedel “Circuitos Eléctricos”, Prentice Hall 2005 • 3. Dorf Richard C. , “Circuitos Eléctricos: Introducción al análisis y diseño”, Alfaomega 2000 • Complementaria. • 4. WOLF, Stanley “Guía para Mediciones Electrónicas y Prácticas de Laboratorio” Prentice-Hall • Hispanoamericana México, 1980 • 5. Nilsson Riedel, “Circuitos Electricos”, Prentice Hall, 2005 • 6. Jorge Raul Villaseñor Gomez, “Circuitos Electricos y Electronicos: Fundamentos y Tecnicas para su • Analisis”, Prentice Hall, 2010